Design for Additive Manufacturing (DfAM): De Modern Productie Revolutionair

Een van de meest opwindende en belovende aspecten van additieve productietechnologieën (AM) is hun potentieel om ontwerpprincipes voor productie radicaal te veranderen. Naarmate 3D-printen evolueert en overgaat van een puur prototyperingsproces naar een productieproces, geloven velen dat het een nieuwe paradigma voor ontwerp zal inluiden, los van de ontwerpbeperkingen die verbonden zijn met meer traditionele productieprocessen.

Als je erover nadenkt, klopt dat volkomen. Vandaag de dag zijn de meest geadopteerde productieprocessen afhankelijk van subtractieve methoden, wat betekent dat ze lagen van een blok grondstof afsnijden of wegnemen. Deze benadering, hoewel precies en effectief voor veel toepassingen, kent verschillende ontwerpbeperkingen voor holle of complex gestructureerde onderdelen met bepaalde hoeken en overhangs. Injectiemolding, hoewel het zelf geen subtractieve techniek is, baseert zich in grote mate op subtractieve methoden om molden te produceren, wat betekent dat de ontwerpen nog steeds beperkt zijn tot wat subtractieve processen zoals CNC-bewerking kunnen.

Als een additieve benadering bouwt 3D-printen objecten laag voor laag, wat betekent dat het in staat is om complexe interne geometrieën en structuren te construeren, mits ze ondersteund worden. Om deze nieuwe ontwerpmogelijkheden aan te pakken, werd het concept Design for Additive Manufacturing – beter bekend als DfAM – gecreëerd. In de kern bestaat DfAM uit een reeks ontwerpmethoden die de prestaties, produceerbaarheid en kosten van onderdelen voor AM-technologieën adresseren. Hoewel nog in de kinderschoenen, creëren DfAM-tools al unieke mogelijkheden voor geoptimaliseerd ontwerp, lichte structuren en materiaalreductie.

Wat Brengt DfAM ons?

Kijkend naar de specifieke voordelen van DfAM, kunnen we drie kerngebieden benoemen waar de AM-gerichte ontwerptools het meest impactvol kunnen zijn: ontwerpvrijheid, onderdeelconsolidatie en gewichtsreductie.

• Ontwerpvrijheid

Wanneer we over 3D-printen praten, staat ontwerpvrijheid altijd bovenaan de lijst met voordelen. En inderdaad, het is een van de meest significante nieuwe dingen die de technologie ons brengt. Op basaal niveau bestaat DfAM al een tijdje, wat makers en fabrikanten in staat stelt om verschillende invuldichtheden en -structuren te integreren om het printproces te versnellen en materiaal te besparen.

De echte voordelen van DfAM combineren echter deze twee dingen en voegen geoptimaliseerde prestaties toe aan de mix. De mogelijkheid om onderdelen te ontwerpen of genereren met complexe interne geometrieën, uitgeholde interieurs en roosters is revolutionair in de productie-industrie. Extern maakt DfAM het ook mogelijk om onderdelen of producten te creëren met volledig nieuwe vormen, die onmogelijk te produceren zijn met traditionele productieprocessen.

• Onderdelconsolidatie

Fabrikanten in de luchtvaart- en auto-industrie – om er maar twee te noemen – plukken de vruchten van additieve productie wat betreft onderdeelconsolidatie. Kortom: de productiemogelijkheden van additieve productie gecombineerd met DfAM stellen producenten in staat om onderdeelassemblages op innovatieve wijze te herontwerpen, waarbij meerdere componenten in één enkel onderdeel gecombineerd worden.

Een van de meest beroemde voorbeelden van onderdeelconsolidatie komt van het luchtvaart-startup Relativity Space, dat 3D-printen en DfAM gebruikte om een raketmotor-assemblage van ruwweg 100.000 onderdelen terug te brengen tot slechts 1.000. Dankzij 3D-printen en onderdeelconsolidatie is Relativity's raketmotor aanzienlijk goedkoper en sneller te produceren.

• Gewichtsreductie (Lightweighting)

Als gevolg van ontwerpvrijheid en onderdeelconsolidatie vinden fabrikanten nieuwe manieren om ontwerpdoelen te bereiken, zoals het verminderen van het gewicht van onderdelen. Naarmate DfAM-software gevorderd is, kunnen ontwerpen zelfs gegenereerd worden op basis van prestatie-eisen, wat betekent dat componenten kunnen profiteren van het lichtst mogelijke gewicht zonder in te boeten op sterkte of structurele integriteit.

De mogelijkheid om lichtere onderdelen te ontwerpen – of door deels holle interne geometrieën zoals roosters te integreren, meerdere onderdelen in één te consolideren, of volledig nieuwe structuren te creëren – is cruciaal voor het creëren van efficiëntere machines. In voertuigen of vliegtuigen leidt gewichtsreductie tot betere brandstofefficiëntie. Het verminderen van materiaalgewicht kan ook leiden tot lagere materiaalkosten, wat voor kostenbesparende productie zorgt.

De Stand van DfAM Vandaag

Vandaag de dag zien we een instroom van DfAM-softwareoplossingen, variërend van generatief ontwerp, topologie-optimalisatie en andere slimme ontwerpfeatures. Softwareontwikkelaars zoals topology, Parameters, Autodesk, Altair en anderen komen met innovatieve tools die fabrikanten niet alleen in staat stellen om onderdeelontwerp te stroomlijnen – automatisering te vergroten door generatief ontwerp en simulatiemogelijkheden – maar ook de echte voordelen van additieve productie op het ontwerpstadium te benutten.

Op dit moment beginnen fabrikanten pas de voordelen van AM en DfAM te benutten, aangezien het een nieuw terrein is in de industriële sector. Gelukkig zijn er veel AM-experts en professionele diensten, zoals RapidDirect, die bedrijven kunnen helpen bij hun reis naar de adoptie van additieve productie door de verkenning van DfAM.

Vandaag zien we een toenemend aantal succesverhalen van bedrijven die onderdelen herontwerpen die oorspronkelijk met traditionele processen geproduceerd werden, nu met DfAM en 3D-printen. In de toekomst zullen DfAM-software en additieve productie alleen maar breder geadopteerd worden.